JP5341882B2 - 流体の流れを制御するために自動的に作動する小型の安全装置 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、一般的に、ガス分配システムに使用される自動作動安全バルブによって表されるタイプの装置に関するものである。

本発明は、より詳しくは、上流から下流に向かってパイプ内を流れる流体の流れが過度である時に装置を保護するために、流体用パイプ内の特定の最小断面の領域に挿入される安全装置に関するものである。この装置は、
上流端および下流端が開口しており、上記流体に中央流路を提供するチューブと、
上記パイプ内に自装置を保持するための保持手段と、
中央バルブ、および、上記チューブの外周部に固定されている、弾性変形可能な環状シャッターを含み、上記流体の循環を制御するための制御手段と、
上記チューブに固定されており、該チューブから上流側に該チューブから伸張している中空体と、を備える。

上記保持手段は、複数のクランプの１つである第１のセットを含み、複数のクランプのそれぞれは、開いた傘のスポークと同等の形態である放射展開形態に対する弾性力によってたわむ自由端を有し、この装置は、上記流体の流量が通常時に採用し、上記中央バルブが上記中央流路を解放している状態である休息形態と、流体の流量が過度である時に採用し、上記中央バルブが上記中央流路を閉じている状態である安全形態との間で動作する。

この一般的な定義にふさわしい装置は、特に、米国特許第６９６２１６５号明細書によって当業者に知られている。

或る流体分配システムは、輸送された流体の性質と、これらのシステムを構成する輸送管で発生し得るなんらかの損傷の危険性とによって負荷を受ける特別な安全手段を必要とする。

例えば、市街地におけるガス分配システムは、通常、車道および歩道の下に広がっている。なぜなら、公衆の地上の建造物の下では、様々な作業、特に、土木工事をこうむる可能性がある。

しかしながら、ガスの輸送管がそのような作業時に偶然に引き抜かれたり、切断されたりすると、直ちにガス漏れが発生し、それによって火災や爆発の高い危険性が生じる。

これに関連して、安全バルブは、輸送管内で検出されたガスの流量が異常に大きくなると、すぐにガスの輸送管が閉じるように開発されている。

しかしながら、現在まで、安全バルブは、敷設する過程において、新しいシステムに載せること、または、現存のシステムの修理時にのみ、現存のシステムに載せることしかできない。

実際、現存のシステムの輸送管は、異なる時代に、そして、異なる基準によって建設されてきている。これは、輸送管が、正確に定められた直径を有する必要がなく、管路上の障害、継ぎ目の突起（flashes）、ゆがみ、制限、および／または、様々な屈曲半径を示すことを意味する。そのため、現存のシステムに対して安全バルブを設ける際には、煩雑な作業が必要とされている。

それゆえ、前述の米国特許第６９６２１６５号明細書に記載されているバルブは、そのような動作を行うことができるように設計されているが、その特別な設計によって、比較的に高い屈曲半径を示すシステムへの適用に制限される。

以上の内容を考慮して、本発明の目的は、例えば、安全装置が導入されるパイプの直径の約１０倍の低い屈曲半径を示すシステムを含む、最も知られているシステム内に掘削せずに配置し易い安全装置を提案することである。

そのため、本発明の装置は、上述の序文で示した一般的な定義のものにさらに適合するものであり、実質的に、クランプのそれぞれが、環状シャッターから上流側のチューブの外周部に固定されている接合端を有することを特徴とし、これらのクランプが、ソケット内に放射状に圧縮されている状態において、各自由端が環状シャッターに向かって曲がっている折り畳み形態を選択的に有することを特徴とする。

好ましくは、環状シャッターは、エラストマーのような材料から作られるシールを含む。また、シールの下流端は、チューブに固定されている。このシールは、回転対称であり、軸上の断面が少なくとも部分的に円錐形である。さらに、凹部は、上流側に曲がっている。

さらに、環状シャッターのシールは、ソケット内に放射状に圧縮されている状態における、パイプの特定の最小断面の領域の直径より小さい全体の直径と、ソケット内に放射状に圧縮されていない状態における、パイプの特定の最小断面の領域の直径より大きい全体の直径とを選択的に有するものとして規定されていることが賢明である。

装置の固定を最適化するために、環状シャッターのシールは、チューブと同軸のほぼ円筒形のリップで都合よく縁取られていてもよい。

さらに、シールの反転を防ぐために、環状シャッターは、シールの下流端を補強し、チューブ上にシールを固定する保持輪を含んでいてもよい。

本発明の効果的な実施形態では、保持手段は、チューブの周りをぴったりと取り囲む輪を含み、輪は、複数のクランプから成る第１のセットのクランプの各接合端と互いに接合する。

さらに、クランプのそれぞれは、接合端から自由端に向かって、最初に、クランプの長さの少なくとも８分の７を超えて最小値になるまで減少し、その後その最小値から大きくなる幅を示しても良い。

各クランプは、さらに、展開形態において、接合端からの距離の増加時に、チューブから離れるようにクランプが移動する湾曲を示しても良い。

複数のクランプから成る第１のセットに加えて、保持手段は、複数のクランプから成る、第１のセットと同じ構成である第２のセットを含んでいてもよい。第２のセットは、第１のセットに関して、チューブに沿って軸の方向にシフトされている。第１および第２のセットのクランプは、互い違いの列で配置されている。

パイプ内での装置の最適な固定は、鋼で作られている保持手段によって得られる。

本発明の他の特徴や有利な点は、添付の図面と共に以下の記載によって明らかになるであろう。また、以下の記載は、例示に限定するものではない。

図１は、本発明に係る装置であって、ソケット内に放射状に圧縮されていない状態で採用する形態を示す装置の拡大図である。

図２は、図１に示す装置の縦の断面図であり、縮尺をわずかに縮小している図である。

図３は、本発明に係る装置をパイプ内に配置するための道具の縦の断面図である。

図４は、本発明に係る装置であって、パイプ内に挿入後の装置の構成要素の縦の断面図である。

前述のように、本発明は、パイプＫの特定の最小の断面積である領域Ｓの流体に挿入されるように設計された安全装置に関するものである。より詳しくは、本発明のより好ましい適用では、上流側（Ｘ−）から下流側（Ｘ＋）までにパイプ内を循環する流体（より詳しくは、ガス）が過度に流れることに対してこのパイプを保護するように、ガスパイプに挿入されている。

それ自体周知の方法で、この装置は、実質的に、チューブ１と、パイプＫ内の空間にチューブ１を保持するための保持手段２と、中央バルブ３および環状シャッター４を含む、循環する流体を制御するための制御手段と、チューブ１に固定されて、チューブから上流側に伸張している中空体５とを備える。

複数の部分から構成されるチューブ１は、上流端１０および下流端１１で開口している。それゆえ、チューブ１は、自発的に、中央バルブ３によって制御される中央流路ＣＣ（図２）に流体を供給する。

この図面で再度示されるように、中空体５およびチューブ１は、開口空間長ＥＬによって、互いに別々になるように縦に離れている。開口空間長ＥＬは、パイプＫ内を流れる流体に、中央バルブ３によって制御された通路を提供し、中央バルブは、チューブ１の内側部分と中空体５の外側部分を連結する。

このような状態において、本発明の装置は、流体の流量が通常の時および中央バルブ３が中央流路ＣＣを解放する時に採用する休息形態と、流体の流量が過度の時および中央バルブ３が中央流路ＣＣを閉じる時に採用する安全形態との間で変更することができる。

中央バルブ３は、実質的に、チューブ１上に形成されるバルブシート３０と、安全形態である時にバルブシート３０に載っている中央シャッター３１と、スプリング３２とから構成される。

スプリング３２は、パイプＫ内を循環する流体による、中央シャッターの上流側および下流側の直線上の部位間の経験のあるヘッドロス（experienced head loss）によって中央シャッター３１に働く閉鎖力とは反対の、中央シャッター３１をバルブシート３０から離れるように片寄らせる開放弾性力を中央シャッター３１に与える。

このパイプに流れる流体の流量が通常時の間は、閉鎖力はスプリング３２によって働く力に打ち負かされる。そのため、中央シャッター３１はバルブシート３０から離れた位置で保持される。

一方、パイプＫ内に流れる流体の流量が過度になると、スプリング３２によって働く力は、流量と共に増大するヘッドロスによって働く閉鎖力に打ち負かされる。そのため、スプリング３２は圧縮されて、中央シャッター３１はバルブシート３０に押しつけられる。

いずれにせよ、当業者であれば上述の記述を読むことによって容易に理解できるように、超えると過度であるとみなす流量の限界値を、スプリング３２の換算力（calibrating force）を規定することによって調整することができる。

中央シャッター３１は、例えば、スプリング３２が動作するロッド３３の下流端に固定されている。ロッド３３およびスプリング３２は、中空体５内に導かれて収容されており、それゆえ、チューブ１の上流側に配置されている。

例えば、スプリング３２は、中空体５の内部推力ベアリング（inner thrust bearing）５２と、ロッド３３上に形成される推力ベアリング（thrust bearing）３３０との間に挿入されている。

図示のように、装置の上流側の断面（upstream profile）すなわち中空体５の上流側の断面は、飛行機の機首の形状をした可撓部５９を追加することによって、空気力学的に最適化されている。可撓部５９は、中空体５の上流側に固定されており、中空体５の上流側から延伸しているものである。可撓部５９は、パイプＫの肘状の屈曲部に装置を導くために、流体の流れの乱れ（disruptions）を最小にすることによって装置のヘッドロスを減少させることができる。また、可撓部５９は、装置が結合プラグとして配置されるとき、装置に対して上流に向かう推力ベアリングのような役割を果たすことができる。

保持手段２は、保持クランプ２０である２ａおよび２ｂのような、１つまたは複数のクラウン（crowns）を含む。

これらの各クランプ２０は、図１および図２に示すように、開いた傘のスポークのような形態と同等である放射展開形態に対する弾性力によってゆがむ自由端（free end）２２を有する。

本発明の或る態様（aspect）によると、これらの各クランプ２０は、環状シャッター４から上流側で中央バルブ３から下流側のチューブ１の外周部に固定される接合端２１を有する。

装置をパイプＫ内に配置するために、クランプ２０は、パイプ内の可能な直径の範囲の制限があるにもかかわらず、装置がパイプ内を前進することができるように、チューブ１に対して放射状に折り返される。そして、クランプ２０は、パイプの内部で装置の固定を確実にするために、自発的に展開形態に戻すことができる。

この配置は、図３に示すような道具を使用して達成されても良い。その道具は、欧州特許第１０５９４８１号明細書で知られており、本発明の装置に対してベクトル（vector）のような役割を果たす。

例えば、この場合では、そのような道具は、油圧ジャッキＶＲと結合しているソケットＤＬと、油圧ジャッキと、ソケットＤＬ内を制御可能に動くように設計されたプッシュ型部（push-type member）ＰＯによって伸張するピストンＰＳとを含む。

この道具は、本発明の装置を配置するために、パイプＫ内の選択された地点に差し込むことができる可撓性のビーズ（bead）（不図示）の端部によって運ばれる。

パイプ内に本発明の装置を差し込むために、この装置は、まず、この道具のソケットＤＬ内に放射状に圧縮されて、折り畳み形態で配置される。

ソケットＤＬが装置を配置するために選択された位置に到達するまで、道具は、可撓性のビーズを使ってパイプに押し込まれる。

そして、ビーズを通ってジャッキＶＲの末端ＸＴまで油圧の液体が注入されると、ピストンＰＳによって動作するプッシュ型部ＰＯは、ソケットＤＬから装置を排出する。

この処理は、本発明の装置が、パイプＫ内の狭い通路を横切るのが容易になる、大きく減少された直径（highly reduced diameter）に到達するまで、ソケット内で圧縮されているという事実によって可能になる。

さらに、ソケットＤＬ内で圧縮された状態においてクランプ２０によって創出された放射状の弾性力は、パイプ内へ差し込むためにソケットＤＬおよび本発明の装置によって形成される組み立て部品の機械的な結合を保証するために十分である。

本発明の別の態様によると、放射状の圧縮の適用下、特に、ソケットＤＬの内部で圧縮された状態の適用下では、各クランプ２０は、少なくとも環状シャッターに直接隣接しているいくつかのクランプにおいて、それぞれの自由端２２が環状シャッター４に向かって曲げられている折り畳み形態を有する。

図１に示す道具を挿入すること、並びに、挿入する道具および安全装置の組み立てをより一般化することによって、この配置は、この組み立て部品がパイプＫ内の比較的低い屈曲半径（low bend radiuses）を示す肘状の屈曲部を通過させることができるソケットＤＬの長さを最小化する効果を有する。

図１および２に示すように、環状シャッター４は、エラストマーのような材料から、チューブ１の下流端４１を形成するシール（seal）４０を含む。

このシールは、チューブ１と同軸のほぼ円筒形のリップ（lip）４２によってシールの
上流端を縁取られている。また、このシールは、少なくとも部分的に円錐形状の媒介物である軸上の横断部（cross-section）４３を有する。

このシール４の組み立て部品は、さらに、装置の長軸Ｘを中心とする回転対称であり、上流側Ｘ−に向けて曲がっている凹部を有する。

放射状の圧縮による影響下、特に、ソケットＤＬ内で装置が圧縮されているとき、シール４０は、組み立てられることにより、全体の直径がパイプの最小断面の直径より小さくなる。それに対して、このシールは、あらゆる圧力から解放されると、全体の直径がパイプの最小断面の直径より大きいだけではなく、むしろ、パイプの最大断面に限りなく近くなる。

換言すれば、シール４０は、安全装置が配置されるとすぐに、リップ４２がパイプＫの内壁に対して自発的に押すことができる広がり（dimensions）を示す。

さらに、パイプＫが流体の流れを経験する場合、少なくとも中央バルブ３を閉じた後、シール４０のリップ４２は、パイプＫの内壁に対してよりいっそうリップを押し、チューブ１の外周とパイプの内壁との間の領域である最適な障害へと導く、押しつけられた放射状の広がり（forced radial expansion）を受ける。

シール４０の反転を防ぐために、相当な圧力がかかっている時、その凹部の向きを変更するまで、シール４０の下流端４１は、シール４０のそれと同じように先細く（taper）、チューブ１上の下流端４１を保持する花冠型の保持輪４４によって補強されていてもよい。

図１および４によって特に示されているように、保持手段２は、チューブ１の周囲をぴったりと取り囲み、各クラウンから成るクランプ２０すなわちクランプのセット、２ａおよび２ｂの接合端２１それぞれに互いに接続する輪２００を含むことが好ましい。

本発明の装置が、シール４０に直接近接して配置されているクランプのクラウン２ａに加えて、クランプの第２のクラウン２ｂを含む場合に、この第２のクラウンは、都合よく第１のクラウン２ａと同じ構成を示し、第１のクラウンに関してチューブ１に沿って軸の方向にシフトされる。クランプ２０の隣接するクラウン２ａおよび２ｂは、互い違いの列で配置されている。

パイプＫ内において装置の保持を最適化するために、各クラウン２ａおよび２ｂは、例えば、鋼で作られる。

さらに、クランプが、接合端２１から自由端２２に向かって、クランプの長さの少なくとも８分の７を超えて最小値になるまで減少し、その後その最小値から大きくなる幅を有するようなクランプ２０のそれぞれを備えることは賢明である。

展開形態において、接合端２１からの距離の増加時にチューブ１から離れるように移動する湾曲をクランプ２０のそれぞれに与えることによって、クランプ２０の弾性回帰力は、最適化されることができる。

本発明に係る装置であって、ソケット内に放射状に圧縮されていない状態で採用する形態を示す装置の拡大図である。 図１に示す装置の縦の断面図であり、縮尺をわずかに縮小している図である。 本発明に係る装置をパイプ内に配置するための道具の縦の断面図である。 本発明に係る装置であって、パイプ内に挿入後の装置の構成要素の縦の断面図である。

Claims (10)

1. 上流側（Ｘ−）から下流側（Ｘ＋）に向かって流れる流体の過剰流量から自装置を保護するために、流体用パイプ（Ｋ）内の特定の最小断面の領域に挿入される安全装置であって、
   上流端および下流端（１０、１１）が開口しており、上記流体に中央流路（ＣＣ）を与えるチューブ（１）と、
   上記パイプ（Ｋ）内に自装置を保持するための保持手段（２）と、
   中央バルブ（３）、および、上記チューブ（１）の外周部に固定されている、弾性変形可能な環状シャッター（４）を含み、上記流体の循環（３、４）を制御するための制御手段と、
   上記チューブ（１）に固定されており、該チューブから上流側に該チューブから伸張している中空体（５）と、を備え、
   上記保持手段（２）は、複数のクランプ（２０）から成る第１のセット（２ａ）を含み、複数のクランプのそれぞれは、開いた傘のスポークと同等の形態である放射展開形態に対する弾性力によってたわむ自由端（２２）を有し、該装置は、上記流体の流量が通常の時および上記中央バルブ（３）が上記中央流路（ＣＣ）を解放する時に採用する休息形態と、流体の流量が過度である時および上記中央バルブ（３）が上記中央流路（ＣＣ）を閉じる時に採用する安全形態との間で動作するものであり、
   上記クランプ（２０）のそれぞれは、上記環状シャッター（４）の上流側で上記チューブ（１）の上記外周部に固定される接合端（２１）を有し、該クランプ（２０）は、ソケット（ＤＬ）内に放射状に圧縮されている状態では、クランプの各自由端（２２）が該環状シャッター（４）に向かって曲げられている状態である折り畳み形態を選択的に有し、各自由端（２２）は、上記クランプ（２０）の少なくともいくつかにおいて、上記環状シャッター（４）と直接隣接していることを特徴とする安全装置。
2. 上記環状シャッター（４）は、エラストマーのような材料で作られるシール（４０）を含み、上記シールの下流端（４１）が上記チューブ（１）に固定されており、該シールは、回転対称を有し、少なくとも軸上の断面が部分的に円錐形であり、さらに、上流側に折り返す凹部を有することを特徴とする請求項１に記載の安全装置。
3. 上記シール（４０）は、ソケット（ＤＬ）内に放射状に圧縮されている状態では、全体の直径が上記パイプの特定の最小断面の領域の直径より小さくなり、ソケット（ＤＬ）内に放射状に圧縮されていない状態では、全体の直径が上記パイプの上記特定の最小断面の領域の直径より大きくなることを選択的に示すことを特徴とする請求項２に記載の安全装置。
4. シール（４０）は、上記チューブ（１）と同軸の、略円筒形のリップ（４２）によって縁取られていることを特徴とする請求項２または３に記載の安全装置。
5. 上記環状シャッター（４）は、上記シール（４０）の上記下流端（４１）を補強し、チューブ（１）上にシールを保持する保持輪（４４）をさらに含むことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の安全装置。
6. 上記保持手段（２）は、上記チューブ（１）の周囲を取り囲み、複数のクランプから成る上記第１のセット（２ａ）の上記クランプ（２０）の上記各接合端（２１）と接続する輪（２００）を含むことを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の安全装置。
7. 上記クランプ（２０）のそれぞれは、クランプの接合端からクランプの自由端に向かって、クランプの長さの少なくとも８分の７を超えて最小値になるまで減少し、その後その最小値から大きくなる幅を有することを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の安全装置。
8. クランプ（２０）のそれぞれは、上記放射展開形態において、クランプの接合端（２１）からの距離が増加しているとき、クランプを上記チューブ（１）から離すように移動させる湾曲を有することを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の安全装置。
9. 上記保持手段（２）は、複数のクランプ（２０）から成り、上記第１のセット（２ａ）と同じ構成である第２のセット（２ｂ）を含み、該第２のセット（２ｂ）は、該第１のセットに関して上記チューブ（１）に沿って軸の方向にシフトされており、上記クランプ（２０）の上記第１および第２のセットは、互い違いの列で配置されていることを特徴とする、請求項６の内容が組み合わされた上記請求項のいずれか１項に記載の安全装置。
10. 上記保持手段（２）は、鋼で作られていることを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の安全装置。

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